同步电机 习题课 ppt
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01-同步电机习题ppt
隐极同步发电机的电磁关系和等效电路
• 不考虑磁饱和时：
可以应用叠加原理，分别求出主极磁动势和电枢磁动势所产生的
磁通，再将这些磁通产生的电动势叠加起来。
+ jIX
+ jIX
=U + IR
+ jIX
E 0 =U 0 + IR
a
σ
a
0
a
s
• 相量图和等效电路
隐极同步发电机的电磁关系和等效电路
同步电机的运行状态
•电动机——把电能转换为机械能
•补偿机——没有有功功率的转换，只发出或吸收无功功率
•发电机——把机械能转换为电能
同步电机运行状态，主要取决于定子合成磁场与转子主磁场
之间的夹角δ，δ称为功率角
同步电机的额定值
• 额定电压UN：电机额定运行时定子的线电压(V或kV)
• 额定电流IN：电机额定运行时定子的线电流(A)
2p=100的水轮发电机的转速为多少？
二、同步发电机的基本理论
同步发电机的空载运行
• 空载运行：原动机拖动转子以同步
转速旋转，励磁绕组通入直流励磁
Φ0
Φ fσ
电流，定子三相绕组开路。
• 此时，气隙中仅有转子励磁电流激
励的主极磁场。
• 主极磁通分为主磁通Φ 0 和漏磁通Φ f σ 。
凸极同步发电机的空载磁场
同步电机知识总结
一、同步电机概述
同步电机的基本原理
转子直流励磁
• 发电机：原动机拖动转子磁场以速度
n0旋转，定子导体感生电动势，形成
电枢磁场，转子主极磁场超前电枢磁
场；
• 电动机：定子三相绕组通对称电流，
转子主极磁场滞后电枢磁场；
《电机学同步电机》课件
同步电机的运行
1
同步电机的起动和饱和
解释同步电机的起动过程，包括对饱和现象的讨论。
2
同步电机与电源的同步性
探究同步电机与电源之间的同步性要求和影响因素。
3
同步电机的转速控制
探讨同步电机转速控制方法，包括定子电压和转子电流的控制。
同步电机的应用
同步电机在空调中的应用
讲解同步电机在空调系统中的作 用和优势。
《电机学同步电机》PPT课件
# 电机学同步电机PPT课件 ## 概述 - 什么是同步电机？ - 同步电机的工作原理 - 同分析永磁同步电机的内部组成和工作原理。
交流电动机的结构
讲解交流电动机的构造和工作原理。
同步电机的特点
介绍同步电机与其他电机的不同之处和特点。
同步电机在风机中的应用
介绍同步电机在风机系统中的应 用案例和效果。
同步电机在泵站中的应用
解释同步电机在水泵站系统中的 运行和应用场景。
同步电机的维护与保养
1
同步电机的检修
2
讲解同步电机故障排查和维修过程。
3
同步电机的保养
介绍同步电机的定期保养工作和注意事 项。
同步电机的故障排除
解决常见的同步电机故障问题，并提供 解决方案。
总结
同步电机的优缺点
分析同步电机的优点和局限性。
同步电机的发展趋势
探讨同步电机在未来的技术和市场发展趋势。
同步电机的未来发展前景
展望同步电机在工业和家用领域的未来应用和前景。
精品课件-精品课件--电机与拖动基础-11第十一章同步电机PPT
程系
19
同步发电机空载的概念
对于同步发电机，空载是指转子绕组通入直流励
磁 旋转，，用定I原f 子动绕机组拖（动电转枢子绕以组同）步开转路速的运行状态。在电
路n1方面，同步电机的三相定子绕组电流
，转子直
流励磁电流为 。这时同步电机只有励磁电流产生的空间
磁势 。
I 0
If
F0
上海理工大学电气工
2020/11/24
显然d轴与q轴都随着转子一同旋转。 这样励磁磁动势便设定为作用在纵轴方 向，产生的磁通如图11—5所示。
把由励磁磁动势产生的磁通叫励
磁磁通（空载磁通），用 表示。显然
经过的磁路是依纵轴对称的磁路，并且
随 并 势着 在 ，转 其 显子 中 然一 感 定起 应 子旋 电 绕转 势 组0 。 的定 空子载，绕电被组势称切为割空与载电0，
同步电动机也是由静止的定子和转动的转子两个基 本部分组成的。
1．定子 由于同步电机的定子结构部件和异步电动机一样，起 着接收、输出电能和产生旋转磁场的作用，它们的结构形式 并无多大区别，所以同步电动机的定子也是由导磁的定子铁 心和导电的三相交流绕组，以及固定铁心用的机座和端盖等 部件组成。
上海理工大学电气工
图11—23 2020/11/24
同步电动机转子结构
一般同步电动机做成凸极式， 转子磁极铁心由钢板冲成冲片后，叠压 而成，磁极上套有励磁绕组，励磁绕组 用绝缘的铜线绕成，它与极身之间有绝 缘。
各磁极上励磁绕组间的联接，必 须注意到通过励磁电流以后，相邻磁极 的极性呈现N与S交替排列，励磁绕组两 个出线端接到两个集电环上，通过与集 电环相接触的静止电刷向外引出，另外 在磁极表面上装有笼型绕组，这种笼型 绕组称为阻尼绕组，如图11—23所示。
第六章同步电机1PPT课件
同步电机有旋转电枢式和旋转磁极式两种，主要以旋转 磁极式为主
隐极同步电机结构
隐极同步发电机定子
隐极同步发电机转子
凸极同步电机结构
凸极同步发电机转子
同步电机的励磁方式
1）直流发电机励磁系统 2）静止式交流整流励磁系统 3）旋转式交流整流励磁系统
同步电机的额定值
1）额定电压 2）额定电流 3）额定功率因数 4）额定效率 5）额定容量 6）额定功率
E E 0 E a E E E U I R a
Ea jIXa
Xa称为电枢反应电抗，在物理意义上表示对称三相电流产生 的合成磁动势（电枢反应磁场）在定子一相绕组中感应电动 势的能力。
E jIX
E E 0 E a E E E U I R a
E 0 U I R a E a E U I R a j I ( X a X )
电枢反应的性质（助磁、去磁或交磁）
Fa =Fad +Faq
Fad Fa sin
Faq
Fa
cos
F Ff1 Fa
I = Id + Iq
Id பைடு நூலகம்I sin
I
q
I
cos
6.2.3 隐极同步发电机的负载运行
1、不考虑饱和
E E 0 E a E E E
E E 0 E a E E E U I R a
XaX Xt
E0UIRajIXt
2、考虑饱和
当考虑饱和时，叠加原理不再适用。
F Ff1Fa E E E U I R a
如何由Fδ求得Eδ？
空载时，可以利用空载特性。负载时还能用空载特性么？
kaFkaFf1kaFa
F'
Ff
F' a
隐极同步电机结构
隐极同步发电机定子
隐极同步发电机转子
凸极同步电机结构
凸极同步发电机转子
同步电机的励磁方式
1）直流发电机励磁系统 2）静止式交流整流励磁系统 3）旋转式交流整流励磁系统
同步电机的额定值
1）额定电压 2）额定电流 3）额定功率因数 4）额定效率 5）额定容量 6）额定功率
E E 0 E a E E E U I R a
Ea jIXa
Xa称为电枢反应电抗，在物理意义上表示对称三相电流产生 的合成磁动势（电枢反应磁场）在定子一相绕组中感应电动 势的能力。
E jIX
E E 0 E a E E E U I R a
E 0 U I R a E a E U I R a j I ( X a X )
电枢反应的性质（助磁、去磁或交磁）
Fa =Fad +Faq
Fad Fa sin
Faq
Fa
cos
F Ff1 Fa
I = Id + Iq
Id பைடு நூலகம்I sin
I
q
I
cos
6.2.3 隐极同步发电机的负载运行
1、不考虑饱和
E E 0 E a E E E
E E 0 E a E E E U I R a
XaX Xt
E0UIRajIXt
2、考虑饱和
当考虑饱和时，叠加原理不再适用。
F Ff1Fa E E E U I R a
如何由Fδ求得Eδ？
空载时，可以利用空载特性。负载时还能用空载特性么？
kaFkaFf1kaFa
F'
Ff
F' a
《同步电机》课件
总结词：关键角色
详细描述：同步电机在电力系统中扮演着至关重要的角色。作为发电机，它可以将机械能转化为电能 ，为电力系统提供电源。作为电动机，它可以将电能转化为机械能，驱动各种设备和机械。此外，同 步电机还用于调节电力系统中的无功功率、稳定系统电压和改善电能质量。
CHAPTER 02
同步电机的结构与工作原理
同步电机的故障诊断与维护
同步电机的常见故障及原因分析
故障一
振动过大：可能原因是转子不 平衡、轴承损坏、气隙不均等
。
故障三
声音异常：可能原因是转子松 动、轴承损坏、气隙不均等。
故障二
温度过高：可能原因是负载过 大、通风不良、绕组短路等。
故障四
输出功率不足：可能原因是绕 组短路、转子断路等。
同步电机的故障诊断方法
同步电机的结构组成
01
02
03
转子
同步电机的主要旋转部分 ，通常由励磁绕组和铁芯 组成。
定子
固定部分，包括三相绕组 和机座。
气隙
转子和定子之间的间隙， 对电机性能有重要影响。
同步电机的工作原理
励磁绕组通电产生磁场
励磁绕组通电后产生磁场，该磁场与转子相互作用产生转矩。
旋转磁场与转子的相互作用
旋转的磁场与转子上的导体相互作用，产生转矩，使转子旋转。
智能化
未来同步电机技术将更加注重智能化，实现电机 的远程监控和智能控制。
绿色化
未来同步电机技术将更加注重绿色化，推动电机 的环保和可持续发展。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
直接控制
通过控制电机的输入电 压或电流，实现对电机 转矩和转速的直接控制
。
间接控制
通过控制电机的输入频 率或极数，实现对电机 转矩和转速的间接控制
详细描述：同步电机在电力系统中扮演着至关重要的角色。作为发电机，它可以将机械能转化为电能 ，为电力系统提供电源。作为电动机，它可以将电能转化为机械能，驱动各种设备和机械。此外，同 步电机还用于调节电力系统中的无功功率、稳定系统电压和改善电能质量。
CHAPTER 02
同步电机的结构与工作原理
同步电机的故障诊断与维护
同步电机的常见故障及原因分析
故障一
振动过大：可能原因是转子不 平衡、轴承损坏、气隙不均等
。
故障三
声音异常：可能原因是转子松 动、轴承损坏、气隙不均等。
故障二
温度过高：可能原因是负载过 大、通风不良、绕组短路等。
故障四
输出功率不足：可能原因是绕 组短路、转子断路等。
同步电机的故障诊断方法
同步电机的结构组成
01
02
03
转子
同步电机的主要旋转部分 ，通常由励磁绕组和铁芯 组成。
定子
固定部分，包括三相绕组 和机座。
气隙
转子和定子之间的间隙， 对电机性能有重要影响。
同步电机的工作原理
励磁绕组通电产生磁场
励磁绕组通电后产生磁场，该磁场与转子相互作用产生转矩。
旋转磁场与转子的相互作用
旋转的磁场与转子上的导体相互作用，产生转矩，使转子旋转。
智能化
未来同步电机技术将更加注重智能化，实现电机 的远程监控和智能控制。
绿色化
未来同步电机技术将更加注重绿色化，推动电机 的环保和可持续发展。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
直接控制
通过控制电机的输入电 压或电流，实现对电机 转矩和转速的直接控制
。
间接控制
通过控制电机的输入频 率或极数，实现对电机 转矩和转速的间接控制
专项 电力工程 教程 PPT--电机 同步机 习题课
5-16 有一台同步电动机在额定电压、额定 频率、额定负载下（功率因数为超前）运 行时，功率角δ=25˚，负载转矩不变。现因 电网发生故障，情况有如下改变。问功率 角有何变化：（1）电网频率下降5%；（2） 电网电压和频率都下降5%。 设励磁一直保持不变，电枢电阻、凸极效 应和饱和效应均忽略不计。
解答：（1）助磁+交磁；（2）去磁+交磁
5-5 试述交轴和直轴电枢反应对同步发 电机中能量转换和运行性能的影响。
解答：交轴电枢反应Faq与能量转
换有直接关系。直轴电枢反应
Fad与能量转换有间接关系。
能量转换需要磁场。Fad直接
影响磁场，通过磁场影响能量 转换。没有Fad仍然有能量转
参见下页图。
换，但如果Faq=0，即Iq=0则 没有能量转换。以隐极机为例，
解答：即使不计饱和，凸极机的气隙不均匀仍导致磁阻 不为常数。因此，电枢反应电势Ea无法用一个负的 电抗压降来表示，从而无法引入电枢反应电抗。所 以分析凸极机时，必须采用“双反”理论。
ψ0既不等于0˚、又不等于90˚时，电枢磁场基波Ba与电 枢磁势基波Fa在空间不同相。
原因：此时Fad、Faq都不等于零。Ba由Bad、Baq合成 而得。Bad与Fad成比例，Baq与Faq成比例。d、q 磁路的磁阻不同，导致这两个比例不同，进而Ba与 Fa的相位不同。参见下页图。
解答：TL=T0+Te，故若TL不变，则Te不变。励 磁不变，故E0不变。 接下页：
题 5-16 续
由上页、上式知： （1）f下降5%，则sinδ增大，从而δ增大。 （2）f、U均下降5%，则sinδ仍增大，从而δ仍增
大。
5-17 有一无穷大电网，受电端的线电压 UN=6kV，供电给一个I=1000A，功因0.8 （滞后）的三相负载。今欲加装同步补偿 机以把线路的功因提高到0.95（滞后）。 问此补偿机将输出多少滞后无功电流？
《永磁同步电机》课件
《永磁同步电机》 PPT课件
contents
目录
• 永磁同步电机概述 • 永磁同步电机的设计与优化 • 永磁同步电机的控制技术 • 永磁同步电机的应用实例 • 永磁同步电机的挑战与展望
01
永磁同步电机概述
定义与工作原理
定义
永磁同步电机是一种利用永久磁体产 生磁场，通过控制器对电机电流的精 确控制实现电机转子和定子磁场同步 运行的电动机。
电动汽车驱动系统
01
电动汽车驱动系统是永磁同步电机的重要应用领域之
一。
02
永磁同步电机具有高效、可靠、低噪音等优点，能够
提高电动汽车的续航里程和性能。
03
在电动汽车驱动系统中，永磁同步电机可以作为主驱
电机，提供动力输出，实现车辆的加速和减速控制。
工业自动化设备
工业自动化设备是永磁同步电 机的另一个重要应用领域。
内运行。
噪声与振动分析
03
对电机运行过程中的噪声和振动进行测试和分析，以评估其运
行平稳性。
03
永磁同步电机的控制技 术
控制策略
PID控制
传统的控制方法，通过 比例、积分、微分三个
参数调整电机性能。
模糊控制
基于模糊逻辑的方法， 处理不确定性和非线性
问题。
神经网络控制
模仿人脑神经元网络， 处理复杂的模式和预测
02
永磁同步电机的设计与 优化
电机设计
磁路设计
根据电机性能要求，选择合适的磁路结构，如径 向、轴向或横向磁路。
绕组设计
根据电机尺寸和功率要求，设计绕组的匝数、线 径和绕组方式。
冷却系统设计
为确保电机长时间稳定运行，需设计有效的冷却 系统，如风冷或水冷。
contents
目录
• 永磁同步电机概述 • 永磁同步电机的设计与优化 • 永磁同步电机的控制技术 • 永磁同步电机的应用实例 • 永磁同步电机的挑战与展望
01
永磁同步电机概述
定义与工作原理
定义
永磁同步电机是一种利用永久磁体产 生磁场，通过控制器对电机电流的精 确控制实现电机转子和定子磁场同步 运行的电动机。
电动汽车驱动系统
01
电动汽车驱动系统是永磁同步电机的重要应用领域之
一。
02
永磁同步电机具有高效、可靠、低噪音等优点，能够
提高电动汽车的续航里程和性能。
03
在电动汽车驱动系统中，永磁同步电机可以作为主驱
电机，提供动力输出，实现车辆的加速和减速控制。
工业自动化设备
工业自动化设备是永磁同步电 机的另一个重要应用领域。
内运行。
噪声与振动分析
03
对电机运行过程中的噪声和振动进行测试和分析，以评估其运
行平稳性。
03
永磁同步电机的控制技 术
控制策略
PID控制
传统的控制方法，通过 比例、积分、微分三个
参数调整电机性能。
模糊控制
基于模糊逻辑的方法， 处理不确定性和非线性
问题。
神经网络控制
模仿人脑神经元网络， 处理复杂的模式和预测
02
永磁同步电机的设计与 优化
电机设计
磁路设计
根据电机性能要求，选择合适的磁路结构，如径 向、轴向或横向磁路。
绕组设计
根据电机尺寸和功率要求，设计绕组的匝数、线 径和绕组方式。
冷却系统设计
为确保电机长时间稳定运行，需设计有效的冷却 系统，如风冷或水冷。
《同步电机》PPT课件
精选ppt
15
..
Ia
E0
★y=(0~900 ) (参图6-9） 滞后 一个锐角
Id=Iasiny Iq=Iacosy
A、直轴分量Id直轴去磁作用
Ff1
B、交轴分量 Iq交磁作用， F，
其轴线位置从空载时直轴处逆转
子转向后移一个锐角
Iq F Faq
. E0 .
Ia Fa
(Id)Fad
图6-9
精选ppt
图6-4 凸极式转子
精选ppt
6
同步电机的运行原理
一、同步发电机工作原理
参考同步电机结构模型图6-5
1、定子上：三相绕组，空间互 差1200电角度，匝数相等
转子上：If,由转子N极出 来气隙定子铁心气隙转 子S极
原动机n逆时针恒速旋转定子 上导体切割磁力线产生e
图6-5
精选ppt
7
6.2 同步发电机的空载运行
.
E . .
EE
.. . E =E0+Ea
=U.+I.Ra+jI.X
a0
.
E 基波
.
U
精选ppt
17
图6-10
. . .. . .
..
. . . E0=-Ea+U+IRa +jIX =U+IRa +jIX+jIXa
=U+IRa+jIXt
Xt =X+ Xa
大小：E0=4.44f1NKN10
Xt--隐极机同步电抗，表征对称稳态运行时电枢反应基波磁场和漏磁场 .
2、时空矢量图（取定子绕组的时间参考轴即时轴与相轴重合）
Ff中的基波分量Ff1 (空间矢量）与由它产生的Bf1 (空间矢量）
培训电机学之同步电机课件
交变电势。通过引出线，即可提供Байду номын сангаас流电源。
✓ 感应电势有效值: E04.44Nfkwf
✓ 感应电势频率: ✓ 交变性与对称性
f pn 60
三、什么是同步转速？
✓ 电网的频率不变，我国为50Hz ，故转子的转速为: n 60 f 3000 pp
四、同步电机有哪几种运行方式？
✓发电机、电动机、补偿机培训电机学之同步电机
第 一单元 同步电机原理和结构
课题一 同步发电机的基本工作原理
一、同步电机的模型结构是怎样的？
✓ 定子：圆筒形铁心＋三相对称交流绕组
✓ 转子：磁极＋直流励磁绕组 或 永久磁铁
✓ 定转子之间: 气隙对电机磁场分布和性能有重大影响。
✓ 除了转场式同步电机外, 还有转枢式同步电机。
培训电机学之同步电机
N
YA Z
4
课题二 同步电机型式和结构
一、同步电机的两种转子型式是什么？
✓ 定子结构与异步电机相似，转子结构有着自己的特点。 ✓ 根据原动机的特点，同步电机的转子也制成两种型式与之配套。
1 凸极式
✓ 凸出的成对磁极、集中的励磁绕组。 ✓ 多极电机做成凸极结构，工艺较为简单。 ✓ 凸极电机与转速较低的水轮机相配套。
培训电机学之同步电机
12
二、如何理解国产同步电机型号?
✓ 汽轮发电机有QFQ、QFN、QFS等系列，前两个字母表示汽轮发电机；第三个字母 表示冷却方式，Q表示氢外冷，N表示氢内冷，S表示双水内冷。
✓ 大型水轮发电机为TS系列，T表示同步，S表示水轮。
✓举例： QFS-300-2 : 表示容量为300MW双水内冷2极汽轮发电机。 TSS1264/160-48 : 双水内冷水轮发电机，定子外径1264cm，铁心长160cm，极数为48。 ✓同步电动机系列有TD、TDL等，TD表示同步电动机，后面的字母指出其主要用途。如 TDG表示高速同步电动机；TDL表示立式同步电动机。 ✓同步补偿机为TT
✓ 感应电势有效值: E04.44Nfkwf
✓ 感应电势频率: ✓ 交变性与对称性
f pn 60
三、什么是同步转速？
✓ 电网的频率不变，我国为50Hz ，故转子的转速为: n 60 f 3000 pp
四、同步电机有哪几种运行方式？
✓发电机、电动机、补偿机培训电机学之同步电机
第 一单元 同步电机原理和结构
课题一 同步发电机的基本工作原理
一、同步电机的模型结构是怎样的？
✓ 定子：圆筒形铁心＋三相对称交流绕组
✓ 转子：磁极＋直流励磁绕组 或 永久磁铁
✓ 定转子之间: 气隙对电机磁场分布和性能有重大影响。
✓ 除了转场式同步电机外, 还有转枢式同步电机。
培训电机学之同步电机
N
YA Z
4
课题二 同步电机型式和结构
一、同步电机的两种转子型式是什么？
✓ 定子结构与异步电机相似，转子结构有着自己的特点。 ✓ 根据原动机的特点，同步电机的转子也制成两种型式与之配套。
1 凸极式
✓ 凸出的成对磁极、集中的励磁绕组。 ✓ 多极电机做成凸极结构，工艺较为简单。 ✓ 凸极电机与转速较低的水轮机相配套。
培训电机学之同步电机
12
二、如何理解国产同步电机型号?
✓ 汽轮发电机有QFQ、QFN、QFS等系列，前两个字母表示汽轮发电机；第三个字母 表示冷却方式，Q表示氢外冷，N表示氢内冷，S表示双水内冷。
✓ 大型水轮发电机为TS系列，T表示同步，S表示水轮。
✓举例： QFS-300-2 : 表示容量为300MW双水内冷2极汽轮发电机。 TSS1264/160-48 : 双水内冷水轮发电机，定子外径1264cm，铁心长160cm，极数为48。 ✓同步电动机系列有TD、TDL等，TD表示同步电动机，后面的字母指出其主要用途。如 TDG表示高速同步电动机；TDL表示立式同步电动机。 ✓同步补偿机为TT
第六章 同步电机PPT课件
感应电动机增加负载以后，转速会下降，重新达到平衡。同步电动 机转速不下降，如何达到新的平衡？
电磁转矩的大小与两磁场夹角有关。
n1
N
N
N
N
S
S
S
S
N
N
S
S
N
N
N
S
N
真实的同步电动机，两个旋转磁场分别由真实的旋转磁极和三相对 称绕组中通入三相对称电流产生。即定子结构与感应电机完全一 致，转子磁极是由直流电励磁或永磁磁极。
不计饱和时，直流电机的交轴电枢反应是去磁还是助磁？计及饱和 呢？
不助磁也不去磁，去磁。
为什么不计饱和，同步电机的交轴电枢反应会助磁呢？
由于电刷和换向器的作用，使得电流的流向以电刷为分界，有效的 每极磁通中的“每极”所包含的范围是固定的，而同步电机则不是。
二、电枢电流滞后于励磁电动势一个锐角时的电枢反应
变换过程中，统一 时间相量是纽带。
将ABC坐标系中的正弦量，先变换成αβ坐标系下的量(Clarke变换 或3S/2S变换或3/2变换)，再变换成dq坐标系下的量(PARK变换或 3S/2r变换或同步旋转坐标变换），进行分析计算，最后得到的结 果再经过反变换，变换到ABC坐标系中的量。
直轴电枢电流对电磁转矩的贡献
Iq
Iq产生的磁动势是交轴磁动势，作用与前面一样。Id产生的是直轴 磁动势，是助磁还是去磁？
如果电枢电流的大小、频率不变，那么Id和Iq是正弦量还是一个固 定的常数（直流量）？ 常数（直流量）！ 三相对称正弦量每一相的瞬时值可以用一 个在复平面中恒速等幅旋转的统一时间相 量在三相参考轴上的投影来表示。
(5)额定转速nN 是指同步电机的同步转速，单位r/min (6)额定效率ηN 额定运行时的效率 (7)额定功率因数cosφN 额定运行时的同步电机的功率因数
习题课4-同步电机--电机学课件--汤蕴璆主编(第三版)
mUE0 mU 2 cos Xd 2
1 1 mU 2 cos 2－ X 2 q Xd
1 1 X q Xd
13
电机学习题课
Electric Machinery
对于隐极电机 X d＝X q＝X s E 0U m U2 Qm cos Xs Xs
Electric Machinery
可得： 0 54.798
d
j I d Xd Xq
I I sin 0 0 90
1 sin 54.798 54.798 90
EQ
E0
Iq
0.8171 35.202
10
电机学习题课
解(1)
Electric Machinery
N arccos0.8 36.87
sin N 1 cos 2 N 1 0.8 2 0.6
由于不考虑电枢电阻， 所以电磁功率约等于输 出功率 则有： PemN PN S N cos N 31250 kVA 0.8 25000 kW
d轴
E0
所以得出： 0 1.732 E
Iq
0
j Id Xd
U
j I q Xq
Id
7
I
电机学习题课
Electric Machinery
电机学-同步电机的基本知识和结构ppt课件
➢水轮发电机
转子
特点：转速低，转轴短粗，为凸极式转子。 作用：固定励磁绕组，产生励磁磁场。
定子
特点：固定定子绕组，由硅钢片叠成。 作用：感应电势，通过电流，实现机电能量转换。
同步电机的基本知识和结构
§7-4 同步电机的励磁方式
同步电机工作时必须供给励磁绕组直流电流，以便建立励磁磁场。 提供直流的电源及附属设备统称为励磁系统。获得励磁电流的方 法称为励磁方式。
励磁系统的形式很多，按照励磁系统和发电机的关系，可分为他 励式(separately excited)和自励式(self-excited)两类。
同步电机的基本知识和结构
§7-4 同步电机的励磁方式
一、他励式励磁系统 他励式励磁系统主要有下列几种。 1．直流励磁机励磁系统
if
If
L
Rf
A
K
～G V
同步电动机：PN是指轴上输出的有效机械功率，也用千瓦(kW) 或兆瓦(MW)来表示。对于同步调相机，则用线端的额定无功 功率来表示其容量。以千乏(kVAR)或兆乏(MVAR)为单位。
同步电机的基本知识和结构
§7-5 同步电机的额定值
➢额定电压UN 指在额定运行时电机定子三相线电压，单位为伏(V)或千伏(kV)。
Y
C
Y
C
A
.N
S
XA
n1
Z
B
Z
横截面图 凸极式
N
S
X
.n1
B
隐极式
同步电机的基本知识和结构
§7-2 同步电机的基本工作原理
➢同步发电机
作为发电机运行时，用一原动机拖动转
子旋转，转子励磁绕组中通入直流电，
Y
从而在气隙中产生一旋转的磁场，该磁
《CH同步电机》PPT课件
d
q
5.3 同步发电机的运行特性
➢ 分析同步发电机在对称负载下的有关特性曲线；
➢ 确定同步发电机的主要参数Xd，Xq，Xσ；
➢ 各个量的基准值：
✓ 容量基值，SN，单位：VA； ✓ 相电压基值，UNP，单位：V； ✓ 相电流基值，INP，单位：A； ✓ 阻抗基值，ZN=UNP/INP，单位：Ω； ✓ 电角速度基值，ωN=2πfN；
第五章 同步电机
➢ 产生励磁磁场的转子的旋转速度与定子多相电枢电 流所产生旋转磁场的旋转速度相同的电机称为同步 电机；
5.1 同步电机的基本知识
5.1.1 同步电机的用途和基本类型
按用途分： ➢ 发电机：发出电能； ➢ 电动机：可以通过励磁控制，改善电网的功率因数； ➢ 调相机：空载同步发电机，吸收或者发出无功功率；
按原动机分：
➢ 汽轮发电机；
➢ 水轮发电机；
➢ 风力发电机；
➢ 汽油发电机；
➢ 天然气发电机
按励磁方式分：
➢ 电励磁的同步电机； ➢ 永磁同步电机；
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5.1.2 同步电机的基本结构
➢ 定子：铁心和电枢绕组； ➢ 转子：铁心、励磁绕组、集电环和转轴，有时有
阻尼绕组； ➢ 永磁电机的转子不需要励磁绕组和集电环；
➢ 气隙合成磁动势很小，电机的磁路处于不饱和状态；
➢ 由于：
F E I
Fad I
➢ 所以，短路特性是一条直线。
Ff F Fad I
➢ 图中，三角形ABC为同步发电机特性三角形，对测定同步 发电机的参数很有用；
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5.3.3 同步发电机的短路比和直轴同步电抗
一、利用空载和短路特性确定Xd的不饱和值
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解答： 等效电路如图示。 因为Ψ0为锐角，故电枢
反应的性质为：去磁+ 交磁。
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5-8 为什么分析凸极同步发电机时要用双反应理论？凸极
同步发电机负载运行时，若ψ0既不等于0˚、又不等于90˚， 问电枢磁场的基波与电枢磁势的基波在空间是否同相？为
什么？
解答：
即使不计饱和，凸极机的气隙不均匀 仍导致磁阻不为常数。因此，电枢反 应电势Ea无法用一个负的电抗压降来 表示，从而无法引入电枢反应电抗。 所以分析凸极机时，必须采用“双反” 理论。
ψ0既不等于0˚、又不等于90˚时，电枢 磁场基波Ba与电枢磁势基波Fa在空间
不同相。
原因：此时Fad、Faq都不等于零。Ba
由Bad、Baq合成而得。Bad与Fad成比
例，Baq与Faq成比例。d、q磁路的磁
阻不同，导致这两个比例不同，进而
Ba与Fa的相位不同。
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5-9 试述直轴和交轴同步电抗的意义。Xd和Xq的 大小与哪Байду номын сангаас因素有关？Xd*和Xq*通常在什么范围？
-
16
5-16 有一台同步电动机在额定电压、额定频率、额定负载下（功 率因数为超前）运行时，功率角δ=25˚，负载转矩不变。现因电网 发生故障，情况有如下改变。问功率角有何变化：（1）电网频率 下降5%；（2）电网电压和频率都下降5%。设励磁一直保持不变， 电枢电阻、凸极效应和饱和效应均忽略不计。
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13
5-13 试述同步电动机的异步起动法。表征异步起 动性能的主要数据是什么？
解答：不要求。
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5-14试述同步补偿机的原理和用途。同步补偿机应 当装设在送电端还是受电端？为什么？
解答： 补偿机原理：同步补偿机是空载运行的同步电动机。
其V型曲线相当于Pe=0时电动机的V型曲线。正励 时，补偿机的电枢电流接近于零；过励时，补偿机 从电网吸取超前的无功电流；欠励时，补偿机从电 网吸取滞后的无功电流。 补偿机用途：无功补偿。 同步补偿机应当装设在受电端。理由：避免无功电 流在线路上产生压降、功耗。
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5-10 试述同步发电机单独负载运行和与电网并联 运行时，性能上有哪些差别，原因何在？
解答：
性能差别：电压、频率的表现不同。单机的U、f易变；并机的U、 f不变。
差别原因：单机的U随负载电流变动而变动，单机的f随原动机转 速的波动而波动。并机的U、f都被电网固定。
关于：单机的U易变是因为I变时If未变。并机的U固定是因为I变时 If也变，联想V形曲线。
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2
5-2 同步电机有那几种运行状态？如何 区分？
解答：
同步机有三种运行状态：发电机、电动机、补偿 机。
区分：用功率角δ来区分。功率角定义为相量E0超 前相量U的角度。可以等价为主磁场空间矢量F1超 前合成磁场F的角度。具体区分如下：
δ>0为发电机；
δ=0为补偿机；
δ<0为电动机。
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3
5-3 同步电机有那些励磁方式？
Fad影响磁场，从而影响发电机的功率因数。
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5-6 试述电枢反应电抗Xa的意义。
解答： 电枢反应电抗Xa的意义是：单位电枢电流所生电
枢反应电势。电枢反应电抗Xa是反映电枢反应主 磁路（简称主磁路）、电枢绕组的一个参数。主 磁路磁导越大，则Xa越大；电枢绕组匝数越多， 则Xa越大。
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5-7 试画出隐极同步发电机在纯电阻负载时的相 量图。说明这种情况下电枢反应的性质。
解答： 助磁+交磁 去磁+交磁
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5
5-5 试述交轴和直轴电枢反应对同步发电机中能量转换 和运行性能的影响。
解答：
交轴电枢反应Faq与能量转换有直接关系。直轴电枢反应Fad与能 量转换有间接关系。 能量转换需要磁场。Fad直接影响磁场， 通过磁场影响能量转换。没有Fad仍然有能量转换，但如果 Faq=0，即Iq=0则没有能量转换。以隐极机为例， Pe=3E0IcosΨ0=3E0Iq=0
关于：单机的f易变是因为负载的无源性，U的f完全决定于E0。并 机的f不变是因为转子上有阻尼绕组---Damping winding，简为dw。 并网机转子磁场的转速记为nE0，并网机定子磁场的转速记为nU。 nU不变。当f机>f网，即nE0>nU时，站在转子上就会看到定子磁场向 后转。向后转的磁场在dw中产生向后转的电磁转矩，使nE0变小， 直到nE0=nU。当f机<f网，即nE0<nU时，可以类似说明。
-
15
5-15 试述同步发机作为发电机和电动机运行时，φ、 Ψ0和δ角的变化范围。
解答：
φ发电机∈（-90°，90°] Φ电动机∈（-180°，-90°] U （90°，180°] Ψ0发电机∈（-90°，90°] Ψ0电动机∈（-180°，-90°] U （90°，180°] δ发电机∈（0°，180°] δ电动机∈（-180°，0°]
第五篇 同步电机
习题课
-
1
5-1 汽轮发电机和水轮发电机在结构上有何区别？ 原因何在？
解答： 结构上的区别：汽发为隐极转子，水发为凸极转子。 原因：汽发的原动机为汽轮机，转速高，离心力大。
故采用整块钢通过锻压工艺把转子制成一个整体。 水发的原动机为水轮机，转速低，离心力小。故采
用相对简单的焊接工艺把转子制成由多个部分组成 的组合件。
解答： 直流励磁方式 静止整流励磁方式（有刷励磁） 旋转整流励磁方式（无刷励磁）
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4
5-4 何谓同步电机的电枢反应？电枢反应的性质
取决于什么？试讨论下列各种情况下的电枢反
应（设ψ0＜90˚，发电机惯例）：（1）电枢电流 超前于励磁电势以ψ0角时；（2）电枢电流滞后 于励磁电势以（π-ψ0）角时。
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11
5-11 试述同步发电机并网的条件和方法。
解答： 并网条件： 相序一致 幅值一致 频率一致 相位一致
并网方法： 准确同步法 自整步法
-
12
5-12 试述同步发电机与电网并联时静态稳定的概 念。
解答： 发电机在某一状态下并行。设外界（电网或原动机）
给发电机一个微扰（微小的扰动）。如果微扰消失 后，发电机能回到原先的状态，那么该状态是静态 稳定的；否则，该状态是静态不稳定的。
解答： 直轴同步电抗Xd的意义-----单位直轴电枢电流所生
直轴电枢反应电势、漏电势之和。 交轴同步电抗Xq的意义-----单位交轴电枢电流所生
交轴电枢反应电势、漏电势之和。 Xd和Xq的大小与磁路的磁阻、绕组的有效匝数、频
率有关。 Xd*和Xq*通常的范围：不要求。 参见5-6题：试述电枢反应电抗Xa的意义。
反应的性质为：去磁+ 交磁。
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5-8 为什么分析凸极同步发电机时要用双反应理论？凸极
同步发电机负载运行时，若ψ0既不等于0˚、又不等于90˚， 问电枢磁场的基波与电枢磁势的基波在空间是否同相？为
什么？
解答：
即使不计饱和，凸极机的气隙不均匀 仍导致磁阻不为常数。因此，电枢反 应电势Ea无法用一个负的电抗压降来 表示，从而无法引入电枢反应电抗。 所以分析凸极机时，必须采用“双反” 理论。
ψ0既不等于0˚、又不等于90˚时，电枢 磁场基波Ba与电枢磁势基波Fa在空间
不同相。
原因：此时Fad、Faq都不等于零。Ba
由Bad、Baq合成而得。Bad与Fad成比
例，Baq与Faq成比例。d、q磁路的磁
阻不同，导致这两个比例不同，进而
Ba与Fa的相位不同。
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5-9 试述直轴和交轴同步电抗的意义。Xd和Xq的 大小与哪Байду номын сангаас因素有关？Xd*和Xq*通常在什么范围？
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5-16 有一台同步电动机在额定电压、额定频率、额定负载下（功 率因数为超前）运行时，功率角δ=25˚，负载转矩不变。现因电网 发生故障，情况有如下改变。问功率角有何变化：（1）电网频率 下降5%；（2）电网电压和频率都下降5%。设励磁一直保持不变， 电枢电阻、凸极效应和饱和效应均忽略不计。
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5-13 试述同步电动机的异步起动法。表征异步起 动性能的主要数据是什么？
解答：不要求。
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5-14试述同步补偿机的原理和用途。同步补偿机应 当装设在送电端还是受电端？为什么？
解答： 补偿机原理：同步补偿机是空载运行的同步电动机。
其V型曲线相当于Pe=0时电动机的V型曲线。正励 时，补偿机的电枢电流接近于零；过励时，补偿机 从电网吸取超前的无功电流；欠励时，补偿机从电 网吸取滞后的无功电流。 补偿机用途：无功补偿。 同步补偿机应当装设在受电端。理由：避免无功电 流在线路上产生压降、功耗。
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5-10 试述同步发电机单独负载运行和与电网并联 运行时，性能上有哪些差别，原因何在？
解答：
性能差别：电压、频率的表现不同。单机的U、f易变；并机的U、 f不变。
差别原因：单机的U随负载电流变动而变动，单机的f随原动机转 速的波动而波动。并机的U、f都被电网固定。
关于：单机的U易变是因为I变时If未变。并机的U固定是因为I变时 If也变，联想V形曲线。
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5-2 同步电机有那几种运行状态？如何 区分？
解答：
同步机有三种运行状态：发电机、电动机、补偿 机。
区分：用功率角δ来区分。功率角定义为相量E0超 前相量U的角度。可以等价为主磁场空间矢量F1超 前合成磁场F的角度。具体区分如下：
δ>0为发电机；
δ=0为补偿机；
δ<0为电动机。
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5-3 同步电机有那些励磁方式？
Fad影响磁场，从而影响发电机的功率因数。
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5-6 试述电枢反应电抗Xa的意义。
解答： 电枢反应电抗Xa的意义是：单位电枢电流所生电
枢反应电势。电枢反应电抗Xa是反映电枢反应主 磁路（简称主磁路）、电枢绕组的一个参数。主 磁路磁导越大，则Xa越大；电枢绕组匝数越多， 则Xa越大。
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5-7 试画出隐极同步发电机在纯电阻负载时的相 量图。说明这种情况下电枢反应的性质。
解答： 助磁+交磁 去磁+交磁
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5-5 试述交轴和直轴电枢反应对同步发电机中能量转换 和运行性能的影响。
解答：
交轴电枢反应Faq与能量转换有直接关系。直轴电枢反应Fad与能 量转换有间接关系。 能量转换需要磁场。Fad直接影响磁场， 通过磁场影响能量转换。没有Fad仍然有能量转换，但如果 Faq=0，即Iq=0则没有能量转换。以隐极机为例， Pe=3E0IcosΨ0=3E0Iq=0
关于：单机的f易变是因为负载的无源性，U的f完全决定于E0。并 机的f不变是因为转子上有阻尼绕组---Damping winding，简为dw。 并网机转子磁场的转速记为nE0，并网机定子磁场的转速记为nU。 nU不变。当f机>f网，即nE0>nU时，站在转子上就会看到定子磁场向 后转。向后转的磁场在dw中产生向后转的电磁转矩，使nE0变小， 直到nE0=nU。当f机<f网，即nE0<nU时，可以类似说明。
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5-15 试述同步发机作为发电机和电动机运行时，φ、 Ψ0和δ角的变化范围。
解答：
φ发电机∈（-90°，90°] Φ电动机∈（-180°，-90°] U （90°，180°] Ψ0发电机∈（-90°，90°] Ψ0电动机∈（-180°，-90°] U （90°，180°] δ发电机∈（0°，180°] δ电动机∈（-180°，0°]
第五篇 同步电机
习题课
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5-1 汽轮发电机和水轮发电机在结构上有何区别？ 原因何在？
解答： 结构上的区别：汽发为隐极转子，水发为凸极转子。 原因：汽发的原动机为汽轮机，转速高，离心力大。
故采用整块钢通过锻压工艺把转子制成一个整体。 水发的原动机为水轮机，转速低，离心力小。故采
用相对简单的焊接工艺把转子制成由多个部分组成 的组合件。
解答： 直流励磁方式 静止整流励磁方式（有刷励磁） 旋转整流励磁方式（无刷励磁）
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5-4 何谓同步电机的电枢反应？电枢反应的性质
取决于什么？试讨论下列各种情况下的电枢反
应（设ψ0＜90˚，发电机惯例）：（1）电枢电流 超前于励磁电势以ψ0角时；（2）电枢电流滞后 于励磁电势以（π-ψ0）角时。
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5-11 试述同步发电机并网的条件和方法。
解答： 并网条件： 相序一致 幅值一致 频率一致 相位一致
并网方法： 准确同步法 自整步法
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5-12 试述同步发电机与电网并联时静态稳定的概 念。
解答： 发电机在某一状态下并行。设外界（电网或原动机）
给发电机一个微扰（微小的扰动）。如果微扰消失 后，发电机能回到原先的状态，那么该状态是静态 稳定的；否则，该状态是静态不稳定的。
解答： 直轴同步电抗Xd的意义-----单位直轴电枢电流所生
直轴电枢反应电势、漏电势之和。 交轴同步电抗Xq的意义-----单位交轴电枢电流所生
交轴电枢反应电势、漏电势之和。 Xd和Xq的大小与磁路的磁阻、绕组的有效匝数、频
率有关。 Xd*和Xq*通常的范围：不要求。 参见5-6题：试述电枢反应电抗Xa的意义。